KR101059702B1 - Piezoelectric actuator module and its assembly method - Google Patents

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Abstract

A piezoelectric actuator module having at least one piezoelectric component, one actuator foot, and one actuator head is surrounded by an axially extending bush. For sealing the piezoelectric actuator module in the axial direction, the actuator foot is adjoined by a diaphragm, which extends essentially in the radial direction, is joined to the bush, and has a cross section with various radii of curvature.

Description

압전식 액추에이터 모듈 및 그 조립 방법{Piezoelectirc actuator module and method for assembling a piezoelectric actuator module}Piezoelectric actuator module and its assembly method {Piezoelectirc actuator module and method for assembling a piezoelectric actuator module}

본 발명은 청구범위 제 1 항의 전제부에 자세히 정의된 기술에 따른, 특히 저장 분사 시스템, 즉 "커먼 레일" 을 구비한 자동차 분사 시스템의 고압 부분 내의 인젝터용 압전식 액추에이터 모듈 및 청구범위 제 10 항의 전제부에 자세히 정의된 기술에 따른, 액추에이터 모듈 조립 방법에 관한 것이다.The invention relates to a piezoelectric actuator module for injectors and a claim 10 in accordance with the techniques defined in detail in the preamble of claim 1, in particular in a high pressure part of a storage injection system, ie an automotive injection system with a "common rail". A method for assembling an actuator module, according to the techniques defined in detail in the preamble.

상기와 같은 액추에이터 모듈은 공지되어 있으며, 특히 디젤 내연 기관용 커먼 레일 저장 분사 시스템과 함께 사용될 수 있다. 압전식 액추에이터 모듈은 밸브형으로 형성된 밸브 제어 모듈에 할당되어 밸브 제어 모듈의 밸브 폐쇄 부재를 작동시키는데 이용된다. 밸브 제어 모듈에 의해, 분사 밸브의 노즐 모듈의 노즐 니들이 작동할 수 있다. 노즐 니들은 내연 기관의 연소 챔버로 안내되는 적어도 하나의 분사구와 상호 작용한다.Such actuator modules are known and can be used in particular with common rail storage injection systems for diesel internal combustion engines. The piezoelectric actuator module is assigned to a valve control module formed in a valve shape and used to operate the valve closing member of the valve control module. By the valve control module, the nozzle needle of the nozzle module of the injection valve can be operated. The nozzle needle interacts with at least one nozzle that is directed to the combustion chamber of the internal combustion engine.

압전식 액추에이터 모듈은 일반적으로, 분사 밸브의 하우징에 지지된 액추에이터 베이스, 전압이 인가될 때 신장되는 압전식 구성 소자, 및 조절 피스톤이 축방향으로 이동하도록 압전식 구성 소자의 신장을 상기 피스톤에 전달하는 액추에이터 헤드를 포함한다. 조절 피스톤은 유압 챔버로서 형성된 유압식 커플러를 통해 작동 피스톤과 상호 작용하며, 상기 작동 피스톤은 다시 밸브 폐쇄 부재에 연결된다. 상기 구성은 DE 199 46 831에도 설명되어 있다.Piezoelectric actuator modules generally transmit an actuator base supported on the housing of the injection valve, a piezoelectric component that expands when a voltage is applied, and an extension of the piezoelectric component to the piston for axial movement of the regulating piston. An actuator head is included. The regulating piston interacts with the actuating piston via a hydraulic coupler formed as a hydraulic chamber, which in turn is connected to the valve closing member. The configuration is also described in DE 199 46 831.

DE 100 43 626은 축방향으로 연장된 슬리브에 의해 둘러싸인 압전식 액추에이터 모듈을 제시하며, 상기 슬리브는 오염, 연료 및 조립시의 손상으로부터 압전식 구성 소자를 보호하는데 이용된다. 액추에이터 헤드의 영역에서, 압전식 액추에이터 모듈은 벨로우즈에 의해 밀봉되며, 상기 벨로우즈는 한편으로 액추에이터 행정을 허용하고 다른 한편으로는 압전식 구성 소자의 네가티브 온도 팽창 계수를 보상할 수 있다.DE 100 43 626 presents a piezoelectric actuator module surrounded by an axially extending sleeve, which sleeve is used to protect piezoelectric components from contamination, fuel and damage during assembly. In the area of the actuator head, the piezoelectric actuator module is sealed by a bellows, which can allow the actuator stroke on the one hand and compensate the negative coefficient of thermal expansion of the piezoelectric component on the other hand.

그러나 벨로우즈는 비교적 큰 공간을 필요로 하고 비용이 많이 드는 부품인 것이 단점이다. The disadvantage is that bellows requires relatively large space and is an expensive component.

청구범위 제 1 항의 전제부에 따른 특징들을 갖는, 실질적으로 방사 방향으로 연장되며 슬리브에 연결되고 상이한 곡률 반경의 횡단면을 포함하는 멤브레인이 액추에이터 베이스에 연결된, 본 발명에 따른 압전식 액추에이터 모듈은, 멤브레인이 매우 낮게 구성되므로 적은 공간을 필요로 하는 장점을 갖는다. 또한, 멤브레인은 벨로우즈보다 현저히 적은 비용이 든다.A piezoelectric actuator module according to the invention, having features in accordance with the preamble of claim 1, wherein the membrane is substantially radially extending and connected to the sleeve and comprising a cross section of different radius of curvature connected to the actuator base. This is very low configuration and has the advantage of requiring less space. In addition, the membrane is significantly less expensive than the bellows.

본 발명에 따른 압전식 액추에이터 모듈의 멤브레인은 바람직하게는, 상기 멤브레인이 압전식 구성 소자의 신장에 의해 일어나는 액추에이터 헤드의, 예컨대 40㎛의 이동을 따를 수 있도록 설계된다. 멤브레인이 액추에이터 모듈을 축방향으로 밀봉하면, 상기 멤브레인은 액추에이터 모듈을 방사 방향으로 제한하는 슬리브와 함께 액추에이터 모듈의 보호 케이싱을 형성한다. 이로써 액추에이터 베이스, 압전식 구성 소자, 액추에이터 헤드, 슬리브 및 멤브레인으로 이루어진 모든 부품들은 압전식 액추에이터 카트리지를 형성한다.The membrane of the piezoelectric actuator module according to the invention is preferably designed such that the membrane can follow the movement of the actuator head, for example 40 μm, caused by the stretching of the piezoelectric component. When the membrane seals the actuator module axially, the membrane forms a protective casing of the actuator module with a sleeve that radially restricts the actuator module. This ensures that all components consisting of the actuator base, piezoelectric component, actuator head, sleeve and membrane form a piezoelectric actuator cartridge.

따라서 상기 멤브레인은 다음과 같은 기능들, 즉 밀봉 기능, 가열시 네가티브하게 길이가 신장된 압전식 구성 소자와 포지티브하게 길이가 신장된 슬리브 사이의 온도 보상 기능, 및 액추에이터 행정의 전달 기능(액추에이터 헤드와 슬리브의 연결)을 갖는다.The membrane is thus capable of the following functions: sealing function, temperature compensation between the negatively elongated piezoelectric component and the positively elongated sleeve upon heating, and the transfer function of the actuator stroke (actuator head and Connection of the sleeve).

바람직한 실시예에서 상기 멤브레인은 예컨대 스프링 강 또는 석출강화 재료로 제조될 수 있다.In a preferred embodiment the membrane can be made of, for example, spring steel or precipitation hardening material.

멤브레인과 액추에이터 베이스는, 서로 용접될 때 특히 확실하게 연결될 수 있다.The membrane and the actuator base can be connected particularly reliably when welded to each other.

또한, 멤브레인은 슬리브와 용접되거나 일체로 제조될 수 있다. 상기 두 경우에 멤브레인은 바람직하게, 압전식 구성 소자의 신장을 적어도 하나의 피스톤에 전달하기 위한 액추에이터 베이스의 협소(tapered) 영역을 위한 중앙 개구를 포함한다. 이 경우 멤브레인은 링형으로 형성된다.In addition, the membrane may be welded or integrally manufactured with the sleeve. In both cases the membrane preferably comprises a central opening for the tapered region of the actuator base for transferring the extension of the piezoelectric component to the at least one piston. In this case the membrane is formed in a ring shape.

본 발명에 따른 압전식 액추에이터 모듈의 바람직한 실시예에 따라, 링형으로 형성된 멤브레인은 아치형 횡단면을 갖는다. 상기 실시예에서, 작동시 멤브레인에 가해지는 기계적 하중은 최소이다.According to a preferred embodiment of the piezoelectric actuator module according to the invention, the ring-shaped membrane has an arcuate cross section. In this embodiment, the mechanical load on the membrane in operation is minimal.

사용 공간과 액추에이터 모듈의 작동시의 하중과 관련하여, 상이한 곡률 반경의 횡단면을 갖는 멤브레인의 사용이 특히 바람직한 것으로 입증되었다. 상기와 같은 멤브레인의 횡단면은 예컨대 액추에이터 베이스에 대한 연결부 영역에서 평평하게 형성되므로, 상기 영역에서 멤브레인은 원추형으로 형성되며, 원추형 영역에는 우선 제 1 곡률 반경을 갖는 영역이, 제 1 곡률 반경을 갖는 영역에는 제 1 곡률 반경 보다 작은 제 2 곡률 반경을 갖는 영역이, 제 2 곡률 반경을 갖는 영역에는 제 2 곡률 반경 보다 작은 제 3 곡률 반경을 갖는 영역이 연결된다. 제 3 곡률 반경을 갖는 영역에는 슬리브에 대해 평행하게 정렬된 원통형 영역이 연결되고, 상기 영역에 의해 멤브레인은 슬리브에 연결된다. 멤브레인의 원추형 영역과 원통형 영역 사이의 각은 45°이다. 링형 멤브레인의 외경이 예컨대 9.85 mm이고 링형 멤브레인의 내경이 예컨대 3.7 mm인 경우, 제 1 곡률 반경은 1. 9 mm, 제 2 곡률 반경은 1.5 mm, 제 3 곡률 반경은 1.0 mm이다. 상기와 같은 멤브레인 형태는 미리 주어진 조립 공간 조건 하에 FEM-최적화의 결과이다. 예컨대 80 ㎛의 멤브레인 두께를 갖는 상기 멤브레인 형태는, 액추에이터 모듈의 작동시 생기는 하중을 수용할 수 있는데, 상기 하중은 특히 멤브레인에서 발생한 최대 60 바아의 유체 압력, -40 ℃ 내지 160 ℃ 사이의 온도 변동, 및 대략 35 ㎛의 액추에이터 행정으로 구성된다. 멤브레인은 바람직하게는 레이저 용접 시임에 의해 액추에이터 헤드 또는 슬리브에 연결된다.Regarding the space of use and the load in the actuation of the actuator module, the use of membranes with cross sections of different radii of curvature has proved particularly desirable. Since the cross section of such a membrane is formed flat, for example in the region of the connection to the actuator base, in this region the membrane is formed conical, in which the region with the first radius of curvature is first the region with the first radius of curvature. An area having a second radius of curvature smaller than the first radius of curvature is connected to an area having a third radius of curvature smaller than the second radius of curvature. A region having a third radius of curvature is connected to a cylindrical region aligned parallel to the sleeve, by which the membrane is connected to the sleeve. The angle between the conical and cylindrical regions of the membrane is 45 °. If the outer diameter of the ring-shaped membrane is for example 9.85 mm and the inner diameter of the ring-shaped membrane is for example 3.7 mm, the first radius of curvature is 1.9 mm, the second radius of curvature is 1.5 mm and the third radius of curvature is 1.0 mm. Such membrane morphology is the result of FEM-optimization under given assembly space conditions. The membrane form, for example with a membrane thickness of 80 μm, can accommodate the loads resulting from the operation of the actuator module, the load being in particular a fluid pressure of up to 60 bar occurring at the membrane, temperature fluctuations between -40 ° C. and 160 ° C. And an actuator stroke of approximately 35 μm. The membrane is preferably connected to the actuator head or sleeve by a laser welding seam.

그러나 상기 멤브레인은 변형예에서 실질적으로 평평한 형태를 가질 수도 있다.However, the membrane may have a substantially flat shape in a variant.

바람직한 실시예에서 멤브레인의 두께는 예컨대 70 ㎛ 내지 0.2 mm 이다.In a preferred embodiment the thickness of the membrane is for example between 70 μm and 0.2 mm.

또한, 본 발명은 액추에이터 모듈이 적어도 하나의 압전식 구성 소자, 액추에이터 베이스 및 액추에이터 헤드를 포함하는 압전식 액추에이터 모듈의 조립 방법에 관한 것이며, 상기 액추에이터 헤드는 압전식 구성 소자에 의해 작동될 부품과 상호 작용하고, 액추에이터 모듈은 축방향으로 연장된 슬리브에 의해 둘러싸인다. 본 발명에 따라 액추에이터 베이스의 측면에 있는 슬리브의 정면은 실질적으로 방사 방향으로 연장된 멤브레인에 의해 폐쇄된다.The invention also relates to a method of assembling a piezoelectric actuator module in which the actuator module comprises at least one piezoelectric component, an actuator base and an actuator head, the actuator head being interconnected with a component to be operated by the piezoelectric component. And the actuator module is surrounded by an axially extending sleeve. According to the invention the front of the sleeve on the side of the actuator base is closed by a substantially radially extending membrane.

바람직하게 멤브레인은 슬리브의 폐쇄시 하중 없이 액추에이터 베이스와 용접된다. 이어서 멤브레인은 액추에이터 베이스와 함께 슬리브 내에 삽입될 수 있으며, 압전식 구성 소자는 예비 하중을 받을 수 있다. 40 N/㎛의 액추에이터 강성률(rigidity)일 경우, 750 N의 예비 하중은 19 ㎛의 거리에 해당한다. 이때 멤브레인 자체는 하중을 받지 않은 상태로 유지된다. 이어서 멤브레인은 압전식 구성 소자가 하중을 받은 경우 슬리브와 용접된 후에 예비 하중은 액추에이터 헤드로부터 제거되고, 이는 멤브레인을 액추에이터 베이스 방향으로 19㎛ 만큼 변위시킨다. 상기와 같은 조립 방법에서, 슬리브에 작용하는 750 N의 예비 하중으로 인해 멤브레인의 포지티브 변위가 보상된다. 압전식 구성 소자가 작동하지 않은 경우에 그리고 멤브레인에 작용하는 유체 압력이 없는 경우에 예컨대 20 ℃의 온도에서 멤브레인은 제로 위치에 있으며 하중을 받지 않는다.Preferably the membrane is welded with the actuator base without load upon closing of the sleeve. The membrane can then be inserted into the sleeve together with the actuator base and the piezoelectric component can be subjected to a preload. For actuator rigidity of 40 N / μm, the preload of 750 N corresponds to a distance of 19 μm. The membrane itself is then left unloaded. The membrane is then removed from the actuator head after welding with the sleeve when the piezoelectric component is loaded, which displaces the membrane by 19 μm in the direction of the actuator base. In such an assembly method, the positive displacement of the membrane is compensated for by the preload of 750 N acting on the sleeve. When the piezoelectric component is not in operation and there is no fluid pressure acting on the membrane, at a temperature of 20 ° C., for example, the membrane is in zero position and is not loaded.

본 발명의 다른 장점들 및 바람직한 실시예는 상세한 설명, 도면 및 청구항들에 제시된다. Other advantages and preferred embodiments of the invention are set forth in the detailed description, drawings and claims.

도 1은 분사 밸브의 제어 유닛으로서 사용되는 압전식 액추에이터 모듈의 간단한 종단면도.1 is a simplified longitudinal cross-sectional view of a piezoelectric actuator module used as a control unit of an injection valve.

도 2는 도 1에 따른 액추에이터 모듈의 액추에이터 베이스 영역의 상세부의 사시도.FIG. 2 is a perspective view of a detail of the actuator base region of the actuator module according to FIG. 1. FIG.

도 3은 도 1에 따른 분사 밸브에서 압전식 액추에이터 모듈의 제 2 실시예를 도시한 도면.3 shows a second embodiment of a piezoelectric actuator module in the injection valve according to FIG. 1;

도 4는 압전식 액추에이터 모듈의 제 3 실시예의 종단면도.4 is a longitudinal sectional view of a third embodiment of a piezoelectric actuator module;

도 5는 압전식 액추에이터 모듈의 제 4 실시예의 종단면도.5 is a longitudinal sectional view of a fourth embodiment of a piezoelectric actuator module.

도 6은 도 5에서 점선으로 표시된 영역 VI을 확대 도시한 도면.FIG. 6 is an enlarged view of the area VI indicated by the dotted line in FIG. 5; FIG.

도 7은 도 6에 상응하는 도면의 제 5 실시예를 도시한 도면.FIG. 7 shows a fifth embodiment of the figure corresponding to FIG. 6; FIG.

압전식 액추에이터 모듈의 5 개의 실시예들은 도면에 개략적으로 간단하게 도시되며 하기의 상세한 설명에서 자세히 설명된다.Five embodiments of the piezoelectric actuator module are shown schematically in the drawings and described in detail in the following detailed description.

도 1 및 도 2에 도시된 실시예는 자동차 내연 기관 내에 장착하기 위해 제공되고 바람직하게는 디젤 연료 분사용 커먼 레일 인젝터로서 형성된 연료 분사 시스템(1)의 부분 영역을 도시한다.1 and 2 show a partial region of a fuel injection system 1 provided for mounting in a motor vehicle internal combustion engine and preferably formed as a common rail injector for diesel fuel injection.

인젝터는 액추에이터 모듈(2)을 포함하며, 상기 액추에이터 모듈은 지지 바디(3)에 수용되며, 커플러 모듈을 통해 밸브형으로 형성된 밸브 제어 모듈에 할당되고, 상기 밸브 제어 모듈은 도시되지 않은 노즐 모듈 내에 배치된 노즐 니들의 작동에 이용된다. 또한, 지지 바디(3)에는 액추에이터 모듈(2)에 대해 평행하게 연장된 연료 공급 채널(4;고압 보어)이 형성되며, 상기 연료 공급 채널은 커먼 레일 저장 유닛으로부터 분사 밸브(1)의 노즐 모듈로 연료를 이송하는데 이용된다.The injector comprises an actuator module 2 which is housed in the support body 3 and assigned to a valve control module which is formed in a valve form via a coupler module, the valve control module in a nozzle module not shown. It is used for the operation of the disposed nozzle needle. In addition, the support body 3 is provided with a fuel supply channel 4 (high pressure bore) extending parallel to the actuator module 2, which is supplied from the common rail storage unit to the nozzle module of the injection valve 1. It is used to transfer fuel to the furnace.

액추에이터 모듈(2)은 액추에이터 모듈(2)을 지지 바디(3)에 지지하는 소위 액추에이터 베이스(5), 상기 액추에이터 베이스(5)에 축방향으로 연결되고, 일반적으로 압전 재료로 이루어진 다수의 층들로 제조된 압전식 구성 소자(6), 및 액추에이터 베이스(5)로부터 떨어진 방향으로 압전식 구성 소자(6)에 연결된 액추에이터 헤드(7)를 포함한다. 액추에이터 헤드(7)는 압전식 구성 소자(6)의 신장 또는 수축을, 여기에 도시되지 않은 공지된 밸브 제어 유닛의 조절 피스톤에 전달하는데 이용되며, 상기 밸브 제어 유닛은 기본적으로는 바람직하게, DE 199 46 831에 설명된 유체 제어용 밸브와 마찬가지로 구성된다.The actuator module 2 consists of a so-called actuator base 5 supporting the actuator module 2 to the support body 3, axially connected to the actuator base 5, and generally comprising a plurality of layers of piezoelectric material. A piezoelectric component 6 manufactured, and an actuator head 7 connected to the piezoelectric component 6 in a direction away from the actuator base 5. The actuator head 7 is used to transmit the elongation or contraction of the piezoelectric component 6 to the regulating piston of a known valve control unit, not shown here, the valve control unit being basically preferably DE It is constructed in the same way as the fluid control valve described in 199 46 831.

일반적으로 조절 피스톤은 유압 챔버로서 형성된, 유압식 커플러(커플러 모듈)를 통해 소위 작동 피스톤과 작용적으로 연결되며, 하부 작동 피스톤은 바람직하게 밸브 시트와 상호 작용하는 밸브 폐쇄 부재에 연결된다.In general, the regulating piston is operatively connected with a so-called actuating piston via a hydraulic coupler (coupler module), which is formed as a hydraulic chamber, and the lower actuating piston is preferably connected to a valve closing member which interacts with the valve seat.

압전식 구성 소자(6)의 신장은 여기서 보상 소자로서 사용되는 볼(8)을 통해 전달된다. 볼(8)은 예컨대 약 3 mm의 직경을 갖는다.The extension of the piezoelectric component 6 is transmitted through the ball 8, which is used here as a compensating element. The ball 8 has, for example, a diameter of about 3 mm.

압전식 액추에이터 모듈(2)은, 축방향으로 연장되며 실질적으로 원통형으로형성된 박벽의 슬리브(9)에 의해 둘러싸이며, 상기 슬리브는 예컨대 저렴하면서 녹슬지 않는 강으로 제조되고 액추에이터 모듈(2)을 방사 방향으로 밀봉한다.The piezoelectric actuator module 2 is surrounded by a thin-walled sleeve 9 which extends in an axial direction and is formed substantially in a cylindrical shape, the sleeve being made of, for example, inexpensive, anti-rust steel and radially actuating the actuator module 2. Seal with.

액추에이터 베이스(5)로부터 떨어진 측면에서 압전식 액추에이터 모듈(2)은 본 경우에 스프링 강으로 형성된 멤브레인(10)에 의해 축방향으로 밀봉되며, 상기 멤브레인은 실질적으로 방사 방향으로 연장되고, 링형으로 형성되며, 액추에이터 헤드(7)의 핀형 영역(12)을 위한 중앙 개구를 포함한다.On the side away from the actuator base 5, the piezoelectric actuator module 2 is in this case axially sealed by a membrane 10 formed of spring steel, the membrane extending substantially radially and formed in a ring shape. And a central opening for the pinned region 12 of the actuator head 7.

멤브레인은 예컨대 0.08 mm 내지 0.2 mm의 두께를 가지며, 9.5 mm의 외경과 2.5 mm의 내경을 갖는다.The membrane has, for example, a thickness of 0.08 mm to 0.2 mm, an outer diameter of 9.5 mm and an inner diameter of 2.5 mm.

여기에서, 실질적으로 평평하거나 플레이트형인 멤브레인(10)의, 핀형 영역(12)을 향한 내부 제한부는 용접 시임(13)에 의해 액추에이터 헤드(7)에 고정 연결된다. 슬리브(9)를 향한, 멤브레인(10)의 외부 제한부는 용접 시임(14)에 의해 슬리브(9)에 연결된다.Here, the inner restriction towards the fin-shaped region 12 of the substantially flat or plate-like membrane 10 is fixedly connected to the actuator head 7 by a welding seam 13. The outer restriction of the membrane 10, facing the sleeve 9, is connected to the sleeve 9 by a welding seam 14.

도 3에는 압전식 액추에이터 모듈(20)의 대안 실시예가 도시된다. 이 실시예에서 타원형 내지 원호형으로 만곡된 멤브레인(21)이 도 1 및 도 2에 따른 실시예와 상이하다. 이 경우, 만곡은 압전식 구성 소자(6)의 방향으로 연장된다. 실질적으로 방사 방향으로 연장된 멤브레인(21)은 마찬가지로 링형으로 형성되며, 그 내부 제한부는 용접 시임(13)에 의해 액추에이터 헤드(7)에 연결되고, 외부 제한부는 용접 시임(14)에 의해 슬리브(9)에 연결된다. 이러한 실시예에서, 작동시 멤브레인에 작용하는 기계적 하중은 작다.3 shows an alternative embodiment of a piezoelectric actuator module 20. The elliptical to arcuate curved membrane 21 in this embodiment is different from the embodiment according to FIGS. 1 and 2. In this case, the curvature extends in the direction of the piezoelectric component 6. The substantially radially extending membrane 21 is likewise formed in a ring shape, the inner limiting portion of which is connected to the actuator head 7 by a welding seam 13, and the outer limiting portion is connected to the sleeve by the welding seam 14. 9) is connected. In this embodiment, the mechanical load on the membrane in operation is small.

도 4에는 본 발명에 따른 압전식 액추에이터 모듈(30)의 제 3 실시예가 도시된다. 이 실시예는, 슬리브(9)와 일체로 제조됨으로써 슬리브(9)와 함께 하나의 유닛을 형성하는 멤브레인(31)을 포함한다는 점에서 도 1 및 도 2에 따른 실시예와 상이하다. 멤브레인(31)은 평평한 구조를 가지며, 링형으로 형성되고 그 내부 제한부는 용접 시임(13)에 의해 액추에이터 헤드(7)에 연결된다.4 shows a third embodiment of a piezoelectric actuator module 30 according to the invention. This embodiment differs from the embodiment according to FIGS. 1 and 2 in that it comprises a membrane 31, which is produced integrally with the sleeve 9, thus forming a unit with the sleeve 9. The membrane 31 has a flat structure, is formed in a ring shape and its inner restriction is connected to the actuator head 7 by a welding seam 13.

본 발명은 도시된 실시예에만 국한되지 않는다. 오히려 상기 멤브레인은 경우에 따라 당업자들이 주어진 용도에 적합하다고 여기는 다른 모든 형태들을 포함할 수 있다.The invention is not limited to the illustrated embodiment. Rather, the membrane may optionally include all other forms which those skilled in the art deem suitable for a given application.

도 5에는 본 발명에 따른 압전식 액추에이터 모듈(40)의 제 4 실시예가 도시된다. 액추에이터 모듈(40)의 구성은 상기 액추에이터 모듈이 상이한 곡률 반경의 횡단면을 갖는 멤브레인(41)을 포함한다는 점에서 도 1에 따른 액추에이터 모듈의 구성과 상이하다. 링형 멤브레인(41)은 압전식 구성 소자(6)의 방향으로 만곡되어 형성된다.5 shows a fourth embodiment of a piezoelectric actuator module 40 according to the present invention. The configuration of the actuator module 40 differs from that of the actuator module according to FIG. 1 in that the actuator module comprises a membrane 41 having a cross section of a different radius of curvature. The ring-shaped membrane 41 is formed by bending in the direction of the piezoelectric component 6.

도 6에 확대 도시된 멤브레인(41)의 횡단면은, 원추형으로 형성되고 횡단면이 평평한 영역(42)을 포함하며, 상기 영역은 슬리브(9)와 45°의 각을 이루며, 0.7mm의 길이(d1)를 갖는다. 멤브레인(41)은 원추형 영역(42)을 통해 액추에이터 헤드(7)와 용접된다. 영역(42)에는 1.9 mm의 제 1 곡률 반경을 갖는 영역(43)이 연결되며, 상기 영역(43)에는 1.5 mm의 제 2 곡률 반경을 갖는 영역(44)이 연결되고, 상기 영역(44)에는 1.0 mm의 제 3 곡률 반경을 갖는 영역(45)이 연결된다. 제 3 곡률 반경을 갖는 상기 영역(45)에는 횡단면이 평평한 원통형 영역(46)이 연결되며, 상기 영역(46)에 의해 멤브레인(41)은 슬리브(9)와 용접된다. 멤브레인(41)의 영역(46)은 0.7 mm의 높이(d2)를 가지며 슬리브(9)에 비해 0.3 mm 만큼 돌출해 있다. 제 3 곡률 반경을 갖는 영역(45)은 1.5 mm의 멤브레인 높이로까지 연장되며, 제 2 곡률 반경을 갖는 영역(44)은 1.8 mm의 높이(d4)에서 멤브레인(41)의 정점을 통과해서 1.78 mm의 높이(d5)로 끝난다. 제 1 곡률 반경을 갖는 영역(43)은 1.25 mm의 멤브레인 높이로부터 1.78 mm의 멤브레인 높이까지 연장된다.The cross section of the membrane 41, enlarged in FIG. 6, comprises a region 42 formed conical and flat in cross section, the region at an angle of 45 ° with the sleeve 9 and a length d1 of 0.7 mm. Has The membrane 41 is welded with the actuator head 7 through the conical region 42. An area 43 having a first radius of curvature of 1.9 mm is connected to an area 42, an area 44 having a second radius of curvature of 1.5 mm is connected to an area 43, and the area 44 is connected to the area 43. Is connected to an area 45 having a third radius of curvature of 1.0 mm. The region 45 having a third radius of curvature is connected to a cylindrical region 46 having a flat cross section, by which the membrane 41 is welded to the sleeve 9. The region 46 of the membrane 41 has a height d2 of 0.7 mm and projects 0.3 mm relative to the sleeve 9. The region 45 having a third radius of curvature extends up to a membrane height of 1.5 mm, and the region 44 having a second radius of curvature passes through the apex of the membrane 41 at a height d4 of 1.8 mm to 1.78. ends in mm (d5). The region 43 having the first radius of curvature extends from the membrane height of 1.25 mm to the membrane height of 1.78 mm.

멤브레인(41)의 외경은 9.85 mm 이고, 멤브레인(41)의 내경은 3.7 mm이다.The outer diameter of the membrane 41 is 9.85 mm, and the inner diameter of the membrane 41 is 3.7 mm.

도 5 및 도 6에 도시된 멤브레인은, 우선 액추에이터 헤드(7)가 하중 없이 멤브레인(41)의 영역(42)과 용접되도록 조립된다. 평균 텐션 레벨을 조정하기 위해, 액추에이터 헤드(7)는 750N의 예비 하중 - 이는 19 ㎛의 액추에이터 거리에 해당한다 - 으로 압전식 구성 소자(6)에 가압될 수 있으며, 멤브레인(41)의 영역(46)은 상기 예비 하중 하에 슬리브(9)와 용접된다.The membranes shown in FIGS. 5 and 6 are first assembled such that the actuator head 7 is welded to the area 42 of the membrane 41 without load. To adjust the average tension level, the actuator head 7 can be pressed onto the piezoelectric component 6 with a preload of 750 N, which corresponds to an actuator distance of 19 μm, and the area of the membrane 41 ( 46 is welded with the sleeve 9 under this preload.

대안으로서, 멤브레인(41)의 영역(46)은 의도한 대로 변형될 수 있으며, 슬리브(9)에 가압된 후에야 상기 슬리브(9)와 용접될 수 있다.As an alternative, the region 46 of the membrane 41 can be deformed as intended and can only be welded with the sleeve 9 after it has been pressed into the sleeve 9.

멤브레인의 조립시 예비 응력이 작용함으로써, 작동점에서의 텐션 레벨이 현저히 낮아질 수 있다.By preliminary stress in the assembly of the membrane, the tension level at the operating point can be significantly lowered.

도 7에는 본 발명에 따른 압전식 액추에이터 모듈(50)의 제 5 실시예가 도시된다. 액추에이터 모듈(50)의 구성은 실질적으로 도 5 및 도 6에 따른 액추에이터 모듈의 구성과 일치하지만, 변형된 구조의 멤브레인(51)은 이와 상이하다.7 shows a fifth embodiment of a piezoelectric actuator module 50 according to the present invention. The configuration of the actuator module 50 substantially matches the configuration of the actuator module according to FIGS. 5 and 6, but the membrane 51 of the modified structure is different.

멤브레인(51)은 압전식 구성 소자(6)의 방향으로 만곡되게 형성되며, 압전식 구성 소자(6)의 축선에 대해 수직으로 정렬되고 액추에이터 베이스를 둘러싸는 링 영역(52)에 의해 형성된 횡단면을 포함하며, 상기 링 영역에는 원추형 영역(53)이 연결되고, 상기 원추형 영역에서 멤브레인(51)은 대략 0.3 mm의 길이(e1)에 걸쳐 액추에이터 헤드(7)와 용접된다. 원추형 영역(53)에는 1.4 mm의 제 1 곡률 반경을 갖는 영역(54)이 연결되며, 상기 영역(54)에는 2.47 mm의 제 2 곡률 반경을 갖는 영역(55)이 연결되고, 영역(55)에는 0.5 mm의 제 3 곡률 반경을 갖는 영역(56)이 연결된다. 제 3 곡률 반경을 갖는 영역(56)에는 평평한 횡단면을 갖는, 원통형 영역(57)이 연결되며, 상기 영역(57)에 의해 멤브레인(51)은 대략 0.3 mm의 길이(e2)에 걸쳐 슬리브(9)와 용접된다. 원통형 영역(57)은 압전식 구성 소자(6)의 축선에 대해 수직으로 정렬된 에이프런형 영역(58)에 의해 제한된다. 원통형 영역(57)은 1.2 mm의 높이(e3)를 가지며, 슬리브(9)에 비해서 돌출해 있다. 제 3 곡률 반경을 갖는 영역(56)은 1.75 mm의 멤브레인 높이(e4)까지 연장되며, 제 2 곡률 반경을 갖는 영역(55)은 1.85 mm의 높이(e5)에서 멤브레인(51)의 정점을 통과해서 1.62 mm의 높이(e6)로 끝난다. 제 1 곡률 반경을 갖는 영역(54)은 1.24 mm의 멤브레인 높이로부터 1.66 mm의 멤브레인 높이(e7)까지 연장된다.The membrane 51 is formed to be bent in the direction of the piezoelectric component 6 and has a cross section formed by a ring region 52 which is aligned perpendicular to the axis of the piezoelectric component 6 and surrounds the actuator base. A conical region 53 is connected to the ring region, in which the membrane 51 is welded with the actuator head 7 over a length e1 of approximately 0.3 mm. An area 54 having a first radius of curvature of 1.4 mm is connected to the conical area 53, an area 55 having a second radius of curvature of 2.47 mm is connected to the area 54, and an area 55 is connected. Is connected an area 56 having a third radius of curvature of 0.5 mm. A region 56 having a third radius of curvature is connected to a cylindrical region 57, having a flat cross section, by which the membrane 51 extends the sleeve 9 over a length e2 of approximately 0.3 mm. Welded). The cylindrical region 57 is limited by the apron shaped region 58 aligned perpendicular to the axis of the piezoelectric component 6. The cylindrical region 57 has a height e3 of 1.2 mm and protrudes compared to the sleeve 9. The region 56 with the third radius of curvature extends to the membrane height e4 of 1.75 mm and the region 55 with the second radius of curvature passes through the apex of the membrane 51 at a height e5 of 1.85 mm. To a height e6 of 1.62 mm. The region 54 with the first radius of curvature extends from the membrane height of 1.24 mm to the membrane height e7 of 1.66 mm.

멤브레인(51)의 외경은 에이프런형 영역(58)에서 10.35 mm이며, 원통형 영역(57)에서 9.89 mm이다. 멤브레인(51)의 내경은 3.5 mm이다.The outer diameter of the membrane 51 is 10.35 mm in the apron-like region 58 and 9.89 mm in the cylindrical region 57. The inner diameter of the membrane 51 is 3.5 mm.

연료 분사 밸브에서 본 발명에 따른 압전식 액추에이터 모듈을 설명한 바와 같이 사용하는 것이 매우 바람직할지라도, 본 발명에 따라 형성된 압전식 액추에이터 모듈을 다른 사용 분야, 특히 압전식 구성 소자가 오염물 또는 침식성 매체에 으로부터 보호되어야 하는 분야에서 사용하는 것도 고려할 수 있다.Although it is highly desirable to use the piezoelectric actuator module according to the invention as described in a fuel injection valve, the piezoelectric actuator module formed according to the invention can be used in other applications, in particular piezoelectric components, from contaminants or erosive media. Consideration should be given to use in the areas to be protected.

Claims (11)

적어도 하나의 압전식 구성 소자(6), 액추에이터 베이스(5) 및 액추에이터 헤드(7)를 포함하는 압전식 액추에이터 모듈로서, 상기 액추에이터 헤드는 상기 압전식 구성 소자(6)에 의해서 작동될 부품과 상호 작용하며, 상기 액추에이터 모듈(2; 20; 30)은 축방향으로 연장된 슬리브(9)에 의해 둘러싸이는 압전식 액추에이터 모듈에 있어서,A piezoelectric actuator module comprising at least one piezoelectric component (6), actuator base (5) and actuator head (7), said actuator head being interconnected with a component to be operated by said piezoelectric component (6). In the piezoelectric actuator module which acts, the actuator module (2; 20; 30) is surrounded by an axially extending sleeve (9) 상기 액추에이터 헤드(7)에는, 실질적으로 방사 방향으로 연장된 멤브레인(10; 21; 31; 41)이 연결되고, 상기 멤브레인은 상기 슬리브(9)에 연결되며, 상이한 곡률 반경의 횡단면을 갖고, To the actuator head 7 is connected a radially extending membrane 10; 21; 31; 41, which is connected to the sleeve 9 and has a cross section of a different radius of curvature, 상기 멤브레인은 상기 압전식 구성 소자(6)의 방향으로 아치형으로 설계되고, 상기 액추에이터 헤드(7)는 상기 멤브레인이 고정된 원추형 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는, 압전식 액추에이터 모듈.The membrane is characterized in that it is arcuately designed in the direction of the piezoelectric component (6), the actuator head (7) comprising a conical part to which the membrane is fixed. 제 1 항에 있어서, 상기 멤브레인(10; 21; 31; 41)은 상기 액추에이터 헤드(7)와 용접되는 것을 특징으로 하는, 압전식 액추에이터 모듈.Piezoelectric actuator module according to claim 1, characterized in that the membrane (10; 21; 31; 41) is welded with the actuator head (7). 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 멤브레인(10; 21; 41)은 상기 슬리브(9)와 용접되는 것을 특징으로 하는, 압전식 액추에이터 모듈.The piezoelectric actuator module according to claim 1 or 2, characterized in that the membrane (10; 21; 41) is welded with the sleeve (9). 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 멤브레인(31)은 상기 슬리브(9)와 일체로 제조되는 것을 특징으로 하는, 압전식 액추에이터 모듈.The piezoelectric actuator module according to claim 1 or 2, characterized in that the membrane (31) is made integral with the sleeve (9). 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 멤브레인(21)은 아치형 횡단면을 갖는 것을 특징으로 하는, 압전식 액추에이터 모듈.The piezoelectric actuator module according to claim 1 or 2, characterized in that the membrane (21) has an arcuate cross section. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 멤브레인(10; 21; 31; 41)은 70㎛ 내지 200㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는, 압전식 액추에이터 모듈.The piezoelectric actuator module according to claim 1 or 2, characterized in that the membrane (10; 21; 31; 41) has a thickness of 70 μm to 200 μm. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 압전식 액추에이터 모듈이 자동차의 연료 분사 밸브(1)의 제어 유닛으로서 사용되는 것을 특징으로 하는, 압전식 액추에이터 모듈.The piezoelectric actuator module according to claim 1 or 2, characterized in that the piezoelectric actuator module is used as a control unit of a fuel injection valve (1) of a motor vehicle. 적어도 하나의 압전식 구성 소자(6), 액추에이터 베이스(5) 및 액추에이터 헤드(7)를 포함하는 압전식 액추에이터 모듈의 조립 방법으로서, 상기 액추에이터 헤드는 상기 압전식 구성 소자(6)에 의해서 작동될 부품과 상호 작용하며, 액추에이터 모듈(2, 20, 30, 40)은 축방향으로 연장된 슬리브(9)에 의해 둘러싸이는 압전식 액추에이터 모듈 조립 방법에 있어서, A method of assembling a piezoelectric actuator module comprising at least one piezoelectric component (6), actuator base (5) and actuator head (7), the actuator head being operated by said piezoelectric component (6). In the method of assembling a piezoelectric actuator module, which interacts with the part, the actuator modules 2, 20, 30, 40 are surrounded by an axially extending sleeve 9, 상기 액추에이터 헤드(7)의 측면에 있는 상기 슬리브의 정면은, 실질적으로 방사 방향으로 연장된 멤브레인(10; 21; 31; 41)에 의해 폐쇄되는 것을 특징으로 하는, 압전식 액추에이터 모듈 조립 방법.Method for assembling a piezoelectric actuator module, characterized in that the front of the sleeve on the side of the actuator head (7) is closed by a membrane (10; 21; 31; 41) extending substantially radially. 제 8 항에 있어서, 상기 멤브레인(41)과 상기 액추에이터 헤드(7)가 하중 없이 용접되는 것을 특징으로 하는, 압전식 액추에이터 모듈 제조 방법.10. A method according to claim 8, characterized in that the membrane (41) and the actuator head (7) are welded without load. 제 9 항에 있어서, 상기 멤브레인(41)에 용접된 상기 액추에이터 헤드(7)는 상기 슬리브(9) 내에 삽입되며, 상기 압전식 구성 소자(6)의 방향으로 예비 하중을 받는 것을 특징으로 하는, 압전식 액추에이터 모듈 제조 방법.The actuator head 7 welded to the membrane 41 is inserted into the sleeve 9 and is subjected to a preload in the direction of the piezoelectric component 6. Piezoelectric actuator module manufacturing method. 제 10 항에 있어서, 상기 액추에이터 헤드(7)가 예비 하중을 받은 경우, 상기 멤브레인(41)은 상기 슬리브(9)와 용접되는 것을 특징으로 하는, 압전식 액추에이터 모듈 제조 방법. Method according to claim 10, characterized in that when the actuator head (7) is under preload, the membrane (41) is welded with the sleeve (9).
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